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§13. ¡Error o descubrimiento!

Un eminente físico dijo en una oportunidad que los científicos contemporáneos que se dedicaban al estudio de los imanes superconductores, "lo han robado a Onnes el pastel y lo devoran ávidamente". En realidad entre los imanes superconductores modernos y las ideas de Heike Kamerlingh Onnes existe la misma diferencia que entre el pastel y la receta de su preparación En efecto, ya en 1911, trabajando en el Laboratorio de Leiden el científico holandés Onnes tropezó por casualidad con el fenómeno de la superconductividad., tomándolo al principio por error del experimento.

Onnes tardó bastante en comprender que la superconductividad no era un error del experimento ni la confirmación de su errónea teoría de resistencia eléctrica, sino un fenómeno completamente desconocido e inexplicable, que abría una nueva era en la electrotecnia.

He aquí las etapas que condujeron a la obtención de temperaturas ultrabajas y al descubrimiento de la superconductividad:

• año 1877: el francés L. Cailletet obtiene el oxígeno líquido en forma de gotitas de niebla (90,2°K) ¹ ;
• año 1883: los polacos Z. Wroblewski y K. Olszewski licúan el nitrógeno (77,4°K);
• año 1898: el inglés S. Dewar licúa el hidrógeno (20,4°K);
• año 1908: el holandés H. Kamerlingh Onnes obtiene por primera vez el helio líquido en forma de nubecilla de niebla (4,2°K);
• año 1911: H. Kamerlingh Onnes descubre la superconductividad del mercurio.

Hasta 1911 no estaba claro cómo debía cambiar la resistencia eléctrica de los metales al bajar su temperatura.

Respecto a eso, los científicos se atenían a tres puntos de vista diferentes.

1. La teoría clásica del electromagnetismo enseña que la resistencia del conductor disminuye al bajar la temperatura. Ese fenómeno puede explicarse bastante fácilmente. La corriente eléctrica es un flujo de electrones libres que atraviesa la red cristalina del metal. A temperaturas altas, debido a la oscilación térmica de los átomos de la red cristalina, la probabilidad de colisión de los electrones con la red es grande, lo que obstaculiza el movimiento de los electrones y crea la resistencia a la corriente. A temperaturas bajas, cuando la amplitud de las oscilaciones de los átomos en la red disminuye, la probabilidad de colisión de los electrones con ésta se reduce y de esa manera la resistencia a la corriente es menor. A la temperatura de cero absoluto, estando ya la red inmóvil, la resistencia del conductor es igual a cero.
2. Habrá también resistencia a la corriente a la temperatura de cero absoluto, puesto que algunos electrones chocarán con la red, con más razón de que las redes cristalinas, como regla, no son ideales: siempre tienen defectos e inclusiones de impurezas.
3. A medida de aproximarse a cero absoluto, la resistencia de los metales debe crecer, ya que, debido a la condensación de los electrones en la red (una analogía aproximada: la formación de pequeñas gotas de agua en una cuchara fría que se acerca al té caliente) su número irá disminuyendo continuamente, lo que tiene por efecto que la electroconductibilidad (determinada por el número de electrones libres) disminuye (la electroconductibilidad es la magnitud inversa a la resistencia).

En primavera de 1911 H. Kamerlingh Onnes congeló el mercurio en el frasco Dewar que contenía helio líquido. Acto seguido hizo pasar a través del mercurio la corriente eléctrica y observaba las agujas de los instrumentos de medición que indicaban la resistencia que, como se esperaba, disminuía gradualmente a medida de bajar la temperatura. Tal correlación entro la resistencia y la temperatura se mantenía hasta que ésta bajara a 4,12°K. Repentinamente, la resistencia eléctrica del mercurio desapareció; no quedó siquiera ].a resistencia determinada por los choques de los electrones con los defectos y las impurezas de la red.

H. Kamerlingh Onnes repitió el experimento. Tomó un mercurio muy impuro, cuya resistencia residual, provocada por las impurezas, debía manifestarse muy claramente. Mas al aproximarse a la misma temperatura de 4,12'K, la resistencia del mercurio desapareció casi de la misma manera inesperada. ¿Cómo aumentar la resistencia de la columna de mercurio hasta el valor que puedan registrar los instrumentos? Por lo visto hay que aumentar la longitud de la columna y disminuir su sección. H. Kamerlingh Onnes hizo una columna de mercurio de espesor menor que el pelo humano y de 20 cm de largo. Al medir entonces la resistencia quedó asombrado: las agujas de los instrumentos permanecieron inmóviles.

El científico hizo de mercurio un anillo y lo suspendió horizontalmente de un hilo fino. Si en tal anillo se induce corriente (por ejemplo, desconectando un electroimán de las cercanías), el hilo torcerá en un ángulo que se podrá medir con gran precisión, fijando en el hilo un espejo y observando la posición del reflejo. Si en el anillo existe cierta resistencia, la corriente se amortiguará gradualmente, lo que conducirá a que la torsión del hilo disminuya y el reflejo se desplazca. El científico realizó ese experimento, pero el reflejo quedó inmóvil.

Esto podía significar una cosa: la resistencia eléctrica del anillo era igual a cero, es decir. el mercurio a una temperatura próxima a cero absoluto se convierte en superconductor.

Sin embargo, se necesitó más de medio siglo para que la superconductividad, de una curiosidad de laboratorio, se transformara en una base segura para los físicos e ingenieros.